登陸火星有多難

花生帶來(lái)好運(yùn)？

2012年8月6日13時(shí)31分，“好奇”號(hào)火星車成功登陸火星。幾分鐘后，它發(fā)出了一條“賣萌”微博：“曾經(jīng)，人類邁出偉大的一小步；現(xiàn)在，我邁出了6個(gè)輪子。”這標(biāo)志著人類迄今在其他星球著陸的最精密的移動(dòng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始了為期兩年的火星探索之旅。

人們?cè)谥辈サ漠?huà)面中看到的不是“好奇”號(hào)接近火星時(shí)的情景，而是一屋子穿著同樣的藍(lán)色襯衫的控制人員在緊張有序地忙碌著；奇怪的是，他們一邊工作一邊還不停地吃著花生。這是為什么？原來(lái)，在48年前的1964年7月31日，美國(guó)的“游騎兵7”號(hào)探測(cè)器開(kāi)始了奔向月球的最后一段航程，該探測(cè)器的任務(wù)挺簡(jiǎn)單——在月球表面硬著陸；在著陸過(guò)程中拍攝幾千張照片并發(fā)回地球。盡管如此，在此之前的6個(gè)“游騎兵”探測(cè)器的著陸都失敗了，負(fù)責(zé)此項(xiàng)任務(wù)的工程師們都知道，他們快沒(méi)機(jī)會(huì)了。但這一次，“游騎兵7”號(hào)終于改變了此前接連不斷的霉運(yùn)。由于它成功著陸時(shí)，碰巧有控制人員在吃花生，于是人們便猜測(cè)，吃花生肯定是帶來(lái)好運(yùn)的魔咒。從那以后，就沒(méi)人敢不在乎這條規(guī)矩了。

這真是一個(gè)有趣的現(xiàn)象，搞最尖端技術(shù)的科學(xué)家居然也如此“迷信”。其實(shí)，相信此類“迷信”的豈止是美國(guó)人。人類第一個(gè)進(jìn)入太空的蘇聯(lián)宇航員加加林，上天的前一天晚上看了一場(chǎng)電影；第二天在前往發(fā)射場(chǎng)的途中，又突然要上廁所；最終，加加林成功了。從此，所有的蘇聯(lián)、俄羅斯宇航員上天前，無(wú)一不看電影、上廁所。

恐怖7分鐘

然而，讓“好奇”號(hào)在火星表面安全著陸需要的可不只是運(yùn)氣和花生。當(dāng)裝有“好奇”號(hào)火星車的密封艙撞入火星大氣層時(shí)，時(shí)速高達(dá)20920千米；在距火星表面11.3千米處時(shí)，稀薄的火星大氣已把飛行器的時(shí)速降至1450千米；飛行器在扔掉隔熱罩的同時(shí)打開(kāi)了巨大的降落傘繼續(xù)減速。在距火星表面約1.6千米處，“天空起重機(jī)”與外殼脫離，并啟動(dòng)反沖發(fā)動(dòng)機(jī)，懸停在大約20米的高度，隨后用尼龍繩索把“好奇”號(hào)吊放到火星表面；當(dāng)“好奇”號(hào)的6個(gè)輪子輕柔地接觸到火星的紅色土壤時(shí)，尼龍繩自動(dòng)切斷，“天空起重機(jī)”飛離“好奇”號(hào)一段足夠的距離后自動(dòng)墜毀。由于從撞入火星大氣層到安全著陸的7分鐘內(nèi)，“好奇”號(hào)的時(shí)速由超過(guò)兩萬(wàn)千米驟然降至零，不僅難度高、風(fēng)險(xiǎn)大，而且地面控制人員一點(diǎn)也幫不了忙，因此被科學(xué)家稱為“恐怖7分鐘”。

“好奇”號(hào)有多先進(jìn)

“好奇”號(hào)的重量超過(guò)900千克，是2004年登陸火星的“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)重量的5倍。“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)使用太陽(yáng)能電池板，不僅受制于火星季節(jié)變化，而且可提供的能量也很有限；而“好奇”號(hào)利用放射性钚衰變所產(chǎn)生的熱量發(fā)電，足以為“好奇”號(hào)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的諸多儀器提供充足的能量；“好奇”號(hào)的核燃料電池設(shè)計(jì)壽命長(zhǎng)達(dá)14年，也高于太陽(yáng)能電池板。

構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單的“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)的主要任務(wù)，是尋找水存在的證據(jù)；“好奇”號(hào)雖然不是第一個(gè)登上火星的探測(cè)器，但它的能力更強(qiáng)大，研究的任務(wù)更復(fù)雜?！昂闷妗碧?hào)是第一個(gè)可以利用機(jī)械臂末端的鉆頭鉆入巖石內(nèi)部取樣的探測(cè)器，能測(cè)量火星巖石和泥土中不同化學(xué)元素的豐度，評(píng)估火星表面輻射環(huán)境及其對(duì)未來(lái)登陸火星的宇航員的危害，可以毫不夸張地說(shuō)，攜帶十大先進(jìn)工具的“好奇”號(hào)，就像一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的野外地質(zhì)學(xué)家。

火星不是個(gè)友好的地方

“好奇”號(hào)肩負(fù)著為人類立足火星探路的艱巨任務(wù)。但火星不是個(gè)友好的地方，那里異常寒冷，寸草不生，時(shí)而沙塵暴咆哮不止，時(shí)而又靜得嚇人。在“好奇”號(hào)之前，人類一共向火星派出了17個(gè)著陸器，但只有7個(gè)安全著陸，而且每一個(gè)的成功程度都有所區(qū)別。瘋狂嗎？還可以，一旦你理解了就不覺(jué)得那么瘋狂了。有風(fēng)險(xiǎn)嗎？無(wú)論什么東西要在另一個(gè)世界著陸，總是有風(fēng)險(xiǎn)的。特別是這個(gè)著陸地點(diǎn)非常遙遠(yuǎn)，而且異乎尋常的不友好。

1971年11月下旬，蘇聯(lián)的“火星2號(hào)”著陸器，因?yàn)橹苿?dòng)火箭沒(méi)有點(diǎn)火而墜毀，人類第一次登陸火星的嘗試以失敗而告終。幾天后的1971年12月2日，“火星3號(hào)”首次在火星成功著陸——但是只維持了20多秒鐘，之后就在布滿塵埃的火星表面“宣告死亡”了。 在隨后的幾次任務(wù)中，蘇聯(lián)的探測(cè)器要么在著落時(shí)墜毀，要么在火星上徹底失蹤。

隨后，美國(guó)的“海盜”號(hào)火星著陸器成功登陸火星，并開(kāi)展了火星氣象研究、拍攝全景照片，甚至尋找微生物的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。1997年7月4日，美國(guó)的“旅居者”號(hào)火星車在火星著陸，并在火星表面開(kāi)展活動(dòng)；盡管它在火星上的總行程只有約100米，所到最遠(yuǎn)處距離登陸點(diǎn)也不超過(guò)12米，但仍令科學(xué)家和公眾頗為興奮。相比之下，“好奇”號(hào)的設(shè)計(jì)行程將超過(guò)19千米，并將在火星表面攀登高山。

2003年，歐洲的“獵兔犬2號(hào)”火星著陸器升空，不久后便再也沒(méi)有與地球取得聯(lián)系；但就在2004年，美國(guó)的“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車則分別降落在了火星的相反兩端。其中的“機(jī)遇”號(hào)目前仍在超期服役，而“勇氣”號(hào)的輪子則不幸陷入流沙無(wú)法脫身，之后其太陽(yáng)能帆板也無(wú)法吸收到足量的陽(yáng)光供發(fā)電之用，火星最終“戰(zhàn)勝”了“勇氣”號(hào)。

載人登陸談何容易

根據(jù)美國(guó)宇航局的估計(jì)，即便是確保宇航員在火星表面生存一天，需要送到火星的相關(guān)技術(shù)裝備和包括水、食物和空氣在內(nèi)的必需給養(yǎng)就重達(dá)40~80噸。以目前人類的能力，即使是將1噸重的設(shè)備送到火星表面也已經(jīng)非常勉強(qiáng)了。如果要在本世紀(jì)30年代中期實(shí)現(xiàn)載人登陸火星，必須從現(xiàn)在就開(kāi)始行動(dòng)，對(duì)每一項(xiàng)可能采用的技術(shù)進(jìn)行仔細(xì)評(píng)估，作出可行或不可行的評(píng)估建議，或者設(shè)計(jì)全新的替代方案。

傳統(tǒng)技術(shù)行不通

在過(guò)去的40年中，美國(guó)的每個(gè)火星登陸項(xiàng)目使用的都是傳統(tǒng)技術(shù)。以重量約為“好奇”號(hào)一半的“海盜”號(hào)著陸器為例，它在火星高層大氣中減速時(shí)，被裝在一個(gè)堅(jiān)固的熱防護(hù)殼里進(jìn)行摩擦減速；并在距離火星表面約6400米處時(shí)，釋放一個(gè)降落傘以進(jìn)一步減速；在距離火星表面約1500米處時(shí)，三臺(tái)反沖發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，使速度降到幾乎為零并平穩(wěn)著陸。

在1996年的“火星探路者”項(xiàng)目中，首次使用了氣囊彈跳著陸方式。也就是用一個(gè)巨大的氣囊包裹火星車，在著陸的最后階段讓氣囊做自由落體運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)在火星表面的多次彈跳后最終靜止；隨后氣囊自動(dòng)打開(kāi)，火星車從中駛出。由于“好奇”號(hào)的體積與一輛小汽車相當(dāng)，體重超過(guò)900千克，所以既無(wú)法使用傳統(tǒng)技術(shù)，也無(wú)法使用氣囊著陸系統(tǒng)。